Les particules et les champs sont-ils réels ?
Menu astrophysique
Une particule de votre corps n’est
pas strictement
localisée à l’intérieur de votre corps. Un observateur qui tenterait de
mesurer sa position a une probabilité faible, mais non
nulle, de la détecter dans les endroits
les plus lointains de l’Univers. Les
particules quantiques relativistes sont très insaisissables : elles ne
se
trouvent dans aucune région particulière de l’Univers ! supposons
qu’une
particule soit localisée dans votre cuisine. Votre ami, qui regarde
votre
logement en passant devant en voiture, pourrait voir cette particule
étalée sur
l’Univers entier. Dans
ce cas, supposer que les entités
fondamentales soient des particules
localisées est absurde.
Vous aurez la surprise
de constater que la
somme ne sera pas égale au nombre total de particules. Ce
nombre,
en théorie quantique des champs, est une propriété de l’appartement
dans son
ensemble ; pour le déterminer, il vous faudrait faire l’impossible et
mesurer
tout l’appartement d’un seul coup, plutôt que pièce par pièce.
Supposons
qu’un astronaute se trouve dans un vaisseau
immobile, dans ce qu’il pense être le vide. On montre par la théorie,
et c’est
l’effet Unruh,
qu’un astronaute à bord d’un vaisseau accéléré par rapport au
premier aura une perception très différente du même milieu : ses
mesures lui
indiqueront qu’il est immergé dans un bain thermique d’innombrables
particules.
la
« physique des particules » est une expression
impropre : bien que les physiciens passent leur temps à parler de
particules,
ces objets n’existent pas.
Selon
cette conception, les particules sont des
ondulations d’un champ qui emplit l’espace comme un fluide invisible.
Mais comme
nous allons le voir, on
ne peut pas non plus interpréter facilement en termes de
champs la théorie quantique des champs. Un champ classique
fait correspondre à
chaque point de l’espace et à chaque instant une quantité physique, par
exemple
la température, la pression ou l’intensité du champ électrique. Un champ quantique,
quant à lui, fait correspondre à chaque point de l’espace-temps non pas
une
quantité physique, mais une entité mathématique abstraite, qui
représente le type de
mesure que l’on peut effectuer plutôt que le résultat
qu’on obtiendrait. Sa
version quantique est analogue à une carte qui n’indiquerait pas « 40
°C » sur
un lieu donné, mais, par exemple, « √ ». Pour obtenir la température,
il
faudrait passer par l’étape supplémentaire consistant à appliquer
l’opérateur « √ » à une autre entité mathématique,
nommée vecteur d’état
et qui représente la configuration
du système en
question. La nécessité d’appliquer le champ quantique,
opérateur variant dans
l’espace et le temps, au vecteur d’état, entité globale décrivant le
système
dans son ensemble et ne se référant à aucune position particulière,
rend la
théorie très difficile à interpréter, à traduire en quelque chose de
physique
que l’on peut imaginer et manipuler mentalement.
Nous pensons qu’il vaudrait mieux
envisager les
propriétés
comme étant la seule et
unique catégorie fondamentale.
Ce qui
compte vraiment, ce ne
sont pas les objets, mais
les relations
qu’ils entretiennent. La réponse la plus directe consiste à
affirmer que les relations sont tout ce qui existe. Les objets que nous
nommons
particules et champs possèdent des symétries plus abstraites, mais
l’idée est
la même. C’est la structure des connexions qui importe. Le fait que la
station de
métro Saint-Germain-des-Prés ait été ou non récemment rénovée est
anecdotique pour
celui qui doit emprunter le système.
Dans un système intriqué.
Le tout est ici plus que la somme de ses
parties.
Ce que nous appelons couramment un
objet pourrait alors
n’être en fait qu’un faisceau de propriétés
: couleur, forme,
consistance et
ainsi de suite. Dans l’ontologie des tropes, nous
revenons aux perceptions
directes de l’enfance. Nous ne commençons pas par voir un ballon,
auquel nous
attachons ensuite des propriétés. Au contraire, nous avons un ensemble
de
propriétés et ensuite seulement nous nommons cela un ballon. Un ballon
n’est rien
de plus que ses propriétés.
Ce que nous
nommons un électron
est en fait un faisceau
de diverses propriétés ou tropes : trois propriétés essentielles fixes
(masse,
charge et spin), ainsi que de nombreuses propriétés non essentielles
changeantes
(position, vitesse).
Si les
particules sont fondamentales, comment
alors peuvent-elles
se matérialiser ? À partir de quoi se matérialisent-elles
? Dans l’ontologie des
tropes, la situation est naturelle. Le vide, bien que vide de
particules,
contient des propriétés. Une particule est ce que l’on obtient
quand ces propriétés se regroupent d’une certaine façon.
Ce résumé est issu de l'article de Meinard Kuhlmann paru dans Pour la Science d'octobre 2013.
note perso
Il s'agit là à mon avis d'une vue très juste et
révolutionnaire de la réalité qui nous entoure. Cette position rejoint
celle de nombreux mathématiciens et physiciens pour qui la matière est
faite de nombres et où les lois reposent sur des relations entre eux
(voir le livre la
pensée de Dieu des frères Bogdanov)